Файл: Нагревание. Сравнительный анализ устройства и принципов действия теплообменных аппаратов.docx

Министерство науки и высшего образования Республики Казахстан
Костанайский региональный университет имени А. Байтурсынова
Кафедра технологии переработки и стандартизации

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: «Нагревание. Сравнительный анализ устройства и принципов действия теплообменных аппаратов»

Дисциплина «Процессы и аппараты пищевых производств»

Образовательная программа 6В07201-Технология продовольственных продуктов
Выполнила: Байжанова А.Ж., студентка 2 курса
Руководитель: Саидов А.М., м.э.н., ст.преподователь
Защита курсовой работы

состоялась ___ _______20__г.

оценка_________________
Костанай, 2023

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Нaгрeваниe - прoцeсс пoвышения темпeрaтуры матeриaлoв путeм подвoда к ним тeплoты. Ширoко распрострaнeнными метoдами нaгревaния в пищевой технологии являются нагревание горячей водой или другими жидкими теплоносителями, насыщенным водяным паром, топочными газами и электрическим током.

Нагревание водой используют для повышения температуры и пастеризации пищевых продуктов при температурах ниже 100 0С. Для нагревания до температуры выше 100 °С применяют перегретую воду, находящуюся под избыточным давлением. Обычно обогрев водой осуществляется через разделяющую теплоноситель и продукт стенку аппарата.

---

При нагревании водой или другими жидкостями, например маслом, органическими теплоносителями, часто применяют циркуляционный способ обогрева. По этому способу горячая вода (либо другой теплоноситель) циркулирует между нагревателем и теплообменником, в котором она отдает теплоту. Циркуляция может быть естественной или принудительной. Естественная циркуляция происходит за счет разности плотностей горячего и холодного теплоносителей.

Более эффективным является способ обогрева при принудительной циркуляции, которую осуществляют с помощью насоса.

Для обогрева теплиц при выращивании огурцов, томатов и других овощей используют горячую воду, отходящую от заводских теплоиспользующих установок, говорится на сайте https://helpiks.org/4-85400.html

Целью работы является провести сравнительный анализ устройства и принципов действия теплообменных аппаратов и обосновать выбор наиболее целесообразного и эффективного оборудования для проведения процесса нагревание.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- изучить теорию процесса нагревания, дать определение и описание процессу, привести классификацию способов нагревания.

- изучить современные теплообменные аппараты, их характеристики и конструктивные особенности, описать принцип работы данных аппаратов.

- проанализировать возможные неисправности теплообменных аппаратов и привести меры по их быстрой ликвидации.

- описать правила техники безопасности при работе с теплообменными аппаратами, привести нормы, которые необходимо соблюдать для безопасной работы человека.

- провести сравнительный анализ и обосновать преимущества конкретных аппаратов над другими на основе различия их производительности, эффективности, технологичности, технических характеристик, безопасности и удобства эксплуатации.

1. НАГРЕВАНИЕ. ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ

1.1 Определение, характеристика и описание процесса нагрева, классификация способов нагревания.

Нагрев - это процесс повышения температуры материалов за счет подачи к ним тепла. В пищевой промышленности широко используются методы нагрева горячей водой или другими жидкими теплоносителями, насыщенным водяным паром, дымовыми газами и электрическим током.

---

Процесс нагрева широко используется в химической технологии для ускорения многих процессов массового обмена и химического превращения. Используются наиболее распространенные методы нагрева водяного пара, дымовых газов, промежуточных теплоносителей и электрического тока.

Нагрев дымовых газов является наиболее часто используемым методом нагрева в химической промышленности. Этот метод используется для нагрева сред до температур 180-1000°C. Дымовые газы образуются при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива в печах или печах различной конструкции.

Характеристики нагревателя включают в себя следующие факторы: значительные колебания температуры и низкие коэффициенты теплопередачи от дымовых газов к стенкам прибора 15-35 Вт/(м2К).

При нагревании дымовыми газами достигаются высокие тепловые нагрузки, но сам процесс имеет ряд недостатков: сложность регулирования температуры процесса, что затрудняет достижение однородности поверхностей нагрева; при разбавлении дымовых газов большим количеством воздуха происходит окисление металла; воспламеняемость самого процесса.

Нагрев дымовыми газами осуществляется в трубчатых печах, топках реакционных котлов, автоклавах.

Нагрев с использованием промежуточных теплоносителей. Когда многие материалы нагреваются для поддержания их качества или обеспечения безопасной эксплуатации, недопустим даже кратковременный перегрев. В этих случаях используются промежуточные теплоносители, которые сначала нагреваются дымовыми газами, а затем передают воспринимаемое тепло обрабатываемому материалу.

Водяной пар, перегретая вода, минеральные масла, высокотемпературные органические охлаждающие жидкости, смеси расплавленных солей используются в качестве промежуточных носителей.

Электрическое отопление. Когда материалы необходимо нагревать при температуре выше 1000 ° C, в электрических печах используется электрический нагреватель. По способу преобразования электрической энергии в тепло различают печи с электрическим сопротивлением, индукционные печи и дуговые печи. Печи с электрическим сопротивлением делятся на печи прямого действия и печи непрямого действия.

В электрических печах прямого действия нагреваемый корпус подключается непосредственно к электрической цепи и нагревается при прохождении через него электрического тока. В электрических печах сопротивления косвенного действия тепло выделяется при прохождении электрического тока по специальным нагревательным элементам.

---

Выделяемое тепло передается материалам за счет излучения, теплопроводности и конвекции. В таких печах происходит нагрев до температуры 1100°C.

В электроиндукционных печах нагрев осуществляется индукционными токами. Нагреваемое устройство представляет собой сердечник обмотки, выполненный в виде электромагнитного клапана, который закрывает устройство. Переменный ток пропускается через электромагнитный клапан, создавая переменное магнитное поле вокруг электромагнитного клапана, которое индуцирует электродвижущую силу в стенках устройства. Под воздействием возникающего вторичного тока стенки устройства нагреваются.

В дуговых печах материалы нагревают до температур 1300-1500°C с помощью электрической дуги. Электрическая дуга возникает в газовой среде. В дуговых печах с большими перепадами температур равномерный нагрев и точный контроль температуры невозможны.

Процессы конденсации широко используются в химической технологии для разжижения различных веществ за счет отходящего от них тепла. Эти процессы выполняются в устройствах, называемых конденсаторами.

Существует два типа конденсации - поверхностная конденсация и конденсация при смешивании. В конденсаторах, которые обеспечивают поверхностную конденсацию, конденсирующиеся пары разделяются стенкой, и конденсация пара происходит на внутренней или внешней поверхности холодной стенки. В смесительных конденсаторах конденсирующиеся пары находятся в непосредственном контакте с охлаждающей жидкостью.

Нагрев горячими жидкостями - нагрев с помощью поддонов, которые представляют собой устройства с кожухом. Рубашка нагревается дымовыми газами, электрическим током или насыщенным паром высокого давления, подаваемым на змеевик. Расход воды или другого теплоносителя на нагревание определяют из теплового баланса.

Нагревать с помощью водяного пара. Для этих целей в основном используется насыщенный и перегретый водяной пар с давлением до 1,2 МПа. Использование пара более высокого давления экономически нецелесообразно.

В зависимости от приложенного давления, температура парового отопления ограничена 190 ° C. В процессе нагрева перегретый пар охлаждается и конденсируется.

Существует два способа нагрева с помощью "острого" и "глухого" водяного пара. При нагревании горячим паром водяной пар подается непосредственно в нагретую жидкость, конденсируется с выделением тепла, и конденсат смешивается с нагретой жидкостью.

---

При нагревании "острым" паром нагретая жидкость разбавляется конденсатом. Этот метод используется для нагрева воды и водных растворов.

Нагрев "глухим" водяным паром происходит, когда нагретая жидкость не может быть разбавлена образовавшимся конденсатом. В этом случае нагрев осуществляется через перегородку в приборах с кожухами, змеевиками и т. Д.

При нагревании "глухим" паром тепло от конденсирующегося насыщенного водяного пара передается через перегородку нагретому теплоносителю. Нагретый "глухой" пар конденсируется и выводится в виде конденсата из паровой камеры теплообменника. В этом случае предполагается, что температура конденсата равна температуре насыщенного теплового пара.

Чтобы пар полностью конденсировался в паровом пространстве теплообменника, на отводной линии конденсата устанавливают конденсатоотводчики различных конструкций (рис. 1). Конденсатоотводчик пропускает конденсат, но не пропускает пар, поэтому он полностью конденсируется в паровом пространстве Теплообменника, что приводит к существенной экономии пара.

При нагревании «острым» паром водяной пар вводят непосредственно в нагреваемую жидкость. Пар конденсируется и отдает теплоту нагреваемой жидкости, а конденсат смешивается с жидкостью. Пар вводится через барботер, представляющий собой во многих случаях трубу с отверстиями, согнутую по спирали Архимеда либо по окружности. Впуск пара по барботеру обеспечивает одновременно с нагреванием жидкости ее перемешивание с паром.


Рис. 1. Схема установки конденсатоотводчика:
1 – теплообменник; 2 – продувочный вентиль; 3 – конденсатоотводчик;
4 – вентили; 5 – отводная линия.
Нагревание «острым» паром применяют в тех случаях, когда допустимо разбавление нагреваемой среды водой. Этот способ часто используют для нагревания воды и водных растворов.

Широкому распространению нагревания водяным паром способствуют следующие достоинства этого метода:

высокая удельная теплота парообразования (конденсации) насыщенного водяного пара 1990-2260 кДж/кг;

высокий коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося водяного пара 5000-18000 Вт/(м2К);

равномерность обогрева поверхности, т.к. конденсация происходит при постоянной температуре.

Нагревание топочными газами, образующимися при сжигании твердого

---